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Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Aerosolgenerierung mit einem Behälter mit einer Flüssigkeit, einem Aerosolgenerator mit einem Vorratsbehälter mit der Flüssigkeit und einer Vorrichtung zur Konditionierung des Aerosols des Aerosolgenerators mit einem Auffangbehälter von Flüssigkeit und einem Auslass des Aerosols, in einer Reihenschaltung und wobei der Aerosolgenerator mit einem Druckgaserzeuger verbunden ist, und Verwendungen einer Einrichtung zur Aerosolgenerierung.
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Mit bekannten Aerosolgeneratoren wird beispielsweise Flüssigkeit mittels Druckgas versprüht. Durch die Druckschrift
DE 10 2017 219 370 B3 ist ein Einrichtung zur Erzeugung eines Aerosols aus festen Partikeln aus einer flüssigen Vorlage mittels Kaltvernebelung bekannt. Diese weist eine Zerstäubungsdüse mit einem nachgeordneten Prallabscheider auf, der weiterhin über eine flüssige Vorlage und einer Pumpe mit der Zerstäubungsdüse verbunden ist. Zur Rückführung wird die Flüssigkeitspumpe verwendet. Nachteilig sind die Materialverträglichkeit und der nicht unerhebliche Aufwand. Weiterhin sind der mengenmäßige Anfall an zurückzuführender Flüssigkeit unbekannt und zeitlich nicht konstant. Problematisch ist darüber hinaus insbesondere das intermittierende Fördern von Flüssigkeit und Gas, da das nominale Fördervermögen der Flüssigkeitspumpe größer sein muss, als der maximale mengenmäßige Anfall an abzuführender Flüssigkeit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unterbrechungsfreie betreibbare Einrichtung zur Aerosolgenerierung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit den in den unabhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die erfindungsgemäße Einrichtungen zur Aerosolgenerierung mit einem Behälter mit einer Flüssigkeit, einem Aerosolgenerator mit einem Vorratsbehälter mit der Flüssigkeit und einer Vorrichtung zur Konditionierung des Aerosols des Aerosolgenerators mit einem Auffangbehälter von Flüssigkeit und einem Auslass des Aerosols, in einer Reihenschaltung und wobei der Aerosolgenerator mit einem Druckgaserzeuger verbunden ist, und deren Verwendungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass diese unterbrechungsfrei betreibbar sind.
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Dazu ist der Auffangbehälter über ein erstes Rückschlagventil in Durchlassrichtung und eine erste Strahlpumpe mit dem Aerosolgenerator verbunden, wobei der Öffnungsdruck des ersten Rückschlagventils kleiner als der durch die erste Strahlpumpe erreichbare Druck ist. Weiterhin ist der Behälter über ein zweites Rückschlagventil in Durchlassrichtung und eine zweite Strahlpumpe mit dem Aerosolgenerator verbunden, wobei der Öffnungsdruck des zweiten Rückschlagventils größer als die Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter des Aerosolgenerators und der Umgebung der Einrichtung zur Aerosolgenerierung und kleiner als der durch die zweite Strahlpumpe erreichbare Druck ist. Damit ist keine Strömung in oder aus dem Behälter bei dessen Öffnen vorhanden, auch wenn die Zufuhr von Treibgas für die zweite Strahlpumpe abgesperrt ist.
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Zur industriellen Qualitätssicherung werden auch Systeme zur Erzeugung von Aerosolen mit Partikeln in einem Gasstrom beispielsweise für eine Filterprüfung eingesetzt. Aufgrund des häufig partikelgrößenselektiven Abscheideverhaltens zu prüfender Filter werden spezielle Anforderungen an das Prüfaerosol hinsichtlich Partikelgrößenverteilung und Partikelkonzentration gestellt. Vergleichbare Forderungen ergeben sich auch durch das partikelgrößenselektive Verhalten der für die Filterprüfung unerlässlichen Partikelmesstechnik.
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Einrichtungen zur Aerosolgenerierung können einen Aerosolgenerator und eine nachgeschaltete Vorrichtung zur Konditionierung des Aerosols hinsichtlich der Partikelgrößenverteilung und Partikelkonzentration des Aerosols aufweisen.
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Mit bekannten Aerosolgeneratoren wird beispielsweise Flüssigkeit mittels Druckgas versprüht. Dazu kann sich das Material für die Partikel im Aerosolgenerator in einem Vorratsbehälter befinden, so dass der Vorratsbehälter ein Bestandteil des Aerosolgenerators ist. Damit können bereits beim Prozess des Generierens auftretende zu große Tropfen abgeschieden werden und die dabei anfallende Flüssigkeit durch Gravitation in den Vorratsbehälter zurückgelangen.
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Das Funktionsprinzip der nachgeschalteten Vorrichtung der Konditionierung des Aerosols besteht stets aus einer größenselektiven Abscheidung von Partikeln aus dem vom Aerosolgenerator erzeugten Aerosolstrom.
Einrichtungen zur Aerosolgenerierung werden häufig im Dauerbetrieb eingesetzt. Demzufolge werden in der Konditionierung bevorzugt Abscheidemechanismen eingesetzt, bei denen die abgeschiedenen Partikel nicht dauerhaft eingelagert werden. So ist der Dauerbetrieb gesichert, ohne ein verbrauchtes Abscheideelement wechseln zu müssen. Im Ergebnis dieses Abscheideprozesses liegt das Material der abgeschiedenen Partikel in Form einer Flüssigkeit in dem Auffangbehälter vor. Eine Spezifik solcher Abscheider ist stets ein Differenzdruck zwischen dem Ausgang mit einem niedrigen Druck und dem Eingang mit einem höheren Druck. Diese Druckdifferenz ist ein Ausdruck für die für die Abscheidung erforderliche Energie.
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Damit ist es ohne weiteres nicht möglich, diese Flüssigkeit, welche stofflich identisch mit der Flüssigkeit im Vorratsbehälter des Aerosolgenerators ist, in diesen zurückzuführen. Vorteilhafterweise ist das durch die Einrichtung zur Aerosolgenerierung gegeben, so dass ein übermäßiger Verbrauch aus dem Vorratsbehälter des Aerosolgenerators vermeidbar ist. Gleichzeitig muss in der Vorrichtung zur Konditionierung des Aerosols des Aerosolgenerators anfallende Flüssigkeit nicht verworfen werden.
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Zur Rückführung könnte eine bekannte Flüssigkeitspumpe verwendet werden. Nachteilig sind die Materialverträglichkeit und der nicht unerhebliche Aufwand. Weiterhin sind der mengenmäßige Anfall an zurückzuführender Flüssigkeit unbekannt und zeitlich nicht konstant. Problematisch ist darüber hinaus insbesondere das intermittierende Fördern von Flüssigkeit und Gas, da das nominale Fördervermögen der Flüssigkeitspumpe größer sein muss, als der maximale mengenmäßige Anfall an abzuführender Flüssigkeit. Vorteilhafterweise wird deshalb bei der Einrichtung zur Aerosolgenerierung die Rückführung mit der ersten Strahlpumpe realisiert. Diese enthält keine mechanisch bewegten Teile und ist besonders störunanfällig. Der beim Pumpvorgang anfallende Treibgasstrom wird dem Aerosol beigemischt und reduziert die Konzentration des Aerosols.
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Die Rückführung der Flüssigkeit, die in der Vorrichtung zur Konditionierung des Aerosols des Aerosolgenerators abgeschieden wird, führt dazu, dass keine übermäßige Entnahme aus dem Vorratsbehälter des Aerosolgenerators erfolgt. Jedoch wird durch die Abgabe des konditionierten Aerosols der Füllstand im Vorratsbehälter des Aerosolgenerators mit der Betriebszeit kontinuierlich abnehmen. Ein unterbrechungsfreier Betrieb ist nur durch Nachfüllen von Flüssigkeit möglich.
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Dieses Nachfüllen ist durch einfaches und händisches Einfüllen in den Vorratsbehälter des Aerosolgenerators während des Betriebes nicht möglich. Das liegt an der in der Praxis stets auftretenden Druckdifferenz des Anschlusses der Aerosolabgabe und dem atmosphärischen Druck der Umgebung der Einrichtung zur Aerosolgenerierung. Dies führt zur Forderung der Hermetisierung sowohl der Aerosolgenerierung als auch der Konditionierung während des Betriebes. Wird während des Betriebes enthermetisiert, so tritt aber unerwünscht entweder Aerosol in die Umgebung aus oder Umgebungsluft dringt ein. Hermetisch steht hier für luftdicht, so dass das Hermetisieren der Vorgang des Abdichtens ist, um einen Stoffaustausch zu verhindern. Zum Nachfüllen des Aerosolgenerators aus dem Behälter wird deshalb die zweite Strahlpumpe verwendet.
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Dem besonderen Vorteil der Störunanfälligkeit der Strahlpumpen steht der Nachteil des ungehinderten fluidischen Durchganges zwischen Eingang und Ausgang entgegen, wenn das Treibgas abgestellt ist. Dies würde im Falle des Nachfüllens zu einer Enthermetisierung der Einrichtung zur Aerosolgenerierung und im Falle der Rückführung zur Strömung von unkonditioniertem Aerosol an den Auslass für das konditionierte Aerosol führen. Deshalb sind die in Durchlassrichtung in Reihe zu den Strahlpumpen geschalteten Rückschlagventile vorhanden. Auf diese Weise ist gleichfalls ein Intervallbetrieb der Strahlpumpen möglich, der den mittleren Volumenstrom an Treibgas minimiert. So wird die geringst mögliche Verdünnung des Aerosols erreicht. Einrichtungen zur Druckgasversorgung sind mit den Strahlpumpen verbunden, so dass dadurch das Treibgas für die Strahlpumpen zuführbar ist.
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Der Öffnungsdruck der Rückschlagventils ist jeweils so bemessen, dass die erreichbare Druckdifferenz an den Strahlpumpen darüber und die insgesamt wirksame Druckdifferenz darunter liegt. Damit ist die fluidische Verbindung im Falle des Abschaltens des Druckgases der Strahlpumpen abgesperrt. Im Falle des Zuschaltens des Druckgases wird Flüssigkeit gefördert.
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Die damit einfach realisierte Einrichtung zur Aerosolgenerierung zeichnet sich damit dadurch aus, dass zum einen entgegen der herrschenden Druckdifferenz die Flüssigkeit aus dem Auffangbehälter der Vorrichtung zur Konditionierung in den Vorratsbehälter des dazugehörigen Aerosolgenerators zurückbefördert wird und dass zum anderen das Nachfüllen von Flüssigkeit in den Vorratsbehälter des Aerosolgenerators aus dem Behälter mit Flüssigkeit auch während des laufenden Betriebs einfach händisch erfolgen kann. Damit ist die Einrichtung zur Aerosolgenerierung unterbrechungsfrei betreibbar und verwendbar.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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In Ausführungsformen der Erfindung weist der Aerosolgenerator eine selbstansaugende Zweistoffdüse auf. Dabei wird Flüssigkeit mit Druckgas versprüht, wobei die gasgetragenen Tröpfchen als Partikel eine Kugelform besitzen. Weiterhin zeichnet sich die selbstansaugende Zweistoffdüse durch eine einfache Realisierung aus.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist die selbstansaugende Zweistoffdüse in einem Raum angeordnet sein, wobei der Vorratsbehälter ein Bestandteil des Raumes ist. Beim Prozess des Generierens des Aerosols auftretende zu große Tropfen werden abgeschieden und die dabei anfallende Flüssigkeit kann durch Gravitation in den Vorratsbehälter zurückgelangen. Der Vorratsbehälter ist vorteilhafterweise so ein Bestandteil des Aerosolgenerators.
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In Ausführungsformen der Erfindung weist die Vorrichtung zur Konditionierung des Aerosols vorteilhafterweise einen Abscheider zur Größenselektion von Partikeln aus dem vom Aerosolgenerator erzeugten Aerosolstrom auf.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist der Abscheider insbesondere ein abgeschiedene Partikel nicht dauerhaft einlagernder Abscheider.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist der Abscheider mit einer nicht dauerhaften Einlagerung von abgeschiedenen Partikeln ein Zyklonabscheider oder ein koaleszierender Faserabscheider.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind der Abscheider und der Auffangbehälter optional die Bestandteile eines Raumes, so dass aus den abgeschiedenen Partikeln resultierende anfallende Flüssigkeit durch Gravitation in den Auffangbehälter gelangt.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind die erste Strahlpumpe eine erste Injektorpumpe und die zweite Strahlpumpe eine zweite Injektorpumpe. Vorteilhafterweise sind das druckgasbetriebene Injektorpumpen.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind eine Betätigungseinrichtung einer Vorrichtung zum Betrieb des Aerosolgenerators, eine Betätigungseinrichtung einer Vorrichtung zum Betrieb der ersten Strahlpumpe und eine Betätigungseinrichtung einer Vorrichtung zum Betrieb der zweiten Strahlpumpe mit einer Steuereinrichtung verbunden.
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In Ausführungsformen der Erfindung weist oder weisen der Vorratsbehälter, der Auffangbehälter und/oder der Behälter einen Füllstandssensor oder Füllstandssensoren auf, welcher oder welche mit einer Steuereinrichtung verbunden ist oder sind.
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Vorteilhafterweise sind die Betätigungseinrichtung der Vorrichtung zum Betrieb des Aerosolgenerators, die Betätigungseinrichtung der Vorrichtung zum Betrieb der ersten Strahlpumpe, die Betätigungseinrichtung der Vorrichtung zum Betrieb der zweiten Strahlpumpe und der Füllstandssensor oder die Füllstandssensoren mit einer Steuereinrichtung verbunden. Damit ist ein sicherer kontinuierlicher Betrieb der Einrichtung zur Aerosolgenerierung auch über einen längeren Zeitraum gegeben. Die Steuereinrichtung kann so für den Fall des Nachfüllens mit dem im Vorratsbehälter angeordneten Füllstandssensor für die Flüssigkeit gekoppelt sein. So lässt sich die Strahlpumpe für das Nachfüllen bei Unterschreiten eines bestimmten Füllstandes in Betrieb nehmen und bei Überschreiten eines bestimmten Füllstandes außer Betrieb nehmen. Auf diese Weise kann während des dauerhaften Betriebes ein Füllstand des Aersosolgenerators in bestimmten Grenzen sichergestellt werden. In Verbindung mit dem Füllstandssensor im Behälter ist das auch über einen längeren Zeitrum gewährleistbar. Zur Signalisierung eines notwendigen händischen Nachfüllens von Flüssigkeit in den Behälter kann die Steuereinrichtung mit einer bekannten Signaleinrichtung verbunden sein.
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Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Aerosolgenerierung zur unterbrechungsfreien Generierung von Aerosolen, beispielsweise für die industriellen Qualitätssicherung und für Filterprüfungen.
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Zur Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Figur eingehender erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel soll dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.
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Es zeigt:
- 1 eine Einrichtung zur Aerosolgenerierung.
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Eine Einrichtung zur Aerosolgenerierung besteht im Wesentlichen aus einem Behälter 15 mit einer Flüssigkeit, einem Aerosolgenerator 1 mit einem Vorratsbehälter 3 mit der Flüssigkeit, einer Vorrichtung 6 zur Konditionierung des Aerosols des Aerosolgenerators 1 mit einem Auffangbehälter 7 von Flüssigkeit und einem Auslass des Aerosols, einem ersten Rückschlagventil 12, einer erste Strahlpumpe 10, einer zweiten Strahlpumpe 13 und ehem zweiten Rückschlagventils 14.
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Der Aerosolgenerator 1 zum Versprühen der wenig flüchtigen Flüssigkeit mittels Druckgas besitzt eine selbstansaugende Zweistoffdüse 4, die über einen Schlauch mit der Flüssigkeit des Vorratsbehälters 3 als weiterer Bestandteil des Aerosolgenerators 1 verbunden ist. Zum Versprühen von Flüssigkeit ist die Zweistoffdüse 4 mit einer ersten Einrichtung 2 zur Druckgasversorgung verbunden.
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Der Aerosolgenerator 1 ist über eine aerosolführende Verbindung 5 mit der Vorrichtung 6 zur Konditionierung des Aerosols verbunden, welches am Auslass 9 der Vorrichtung 6 zur Konditionierung bereitgestellt ist. Diese besitzt einen größenselektiven Abscheider 8 von Partikeln aus dem vom Aerosolgenerator 1 erzeugten Aerosolstrom. Beispielsweise kann der Abscheider 8 ein Zyklonabscheider 8 oder ein koaleszierender Faserabscheider 8 sein. Ein weiterer Bestandteil der Vorrichtung 6 zur Konditionierung ist der Auffangbehälter 7 zur Aufnahme der als Flüssigkeit abgeschiedenen Partikel. Der Auffangbehälter 7, hier am tiefsten Punkt, und der Vorratsbehälter 3 des Aerosolgenerators 1 sind über eine fluidführende Verbindung miteinander verbunden, in die in Reihenfolge vom Auffangbehälter 7 aus gesehen, ein erstes Rückschlagventil 12 in Durchlassrichtung und eine erste Strahlpumpe 10 in Form einer druckgasbetriebenen Injektorpumpe 10 angeordnet sind. Der Öffnungsdruck des ersten Rückschlagventils 12 ist dabei kleiner, als der durch die erste Injektorpumpe 10 erreichbare Unterdruck. Damit wird entgegen der herrschenden Druckdifferenz die Flüssigkeit aus dem Auffangbehälter der Vorrichtung 6 zur Konditionierung des Aerosols des Aerosolgenerators 1 zurückbefördert. Dazu ist die erste druckgasbetriebene Injektorpumpe 10 mit einer zweiten Einrichtung 11 zur Druckgasversorgung verbunden.
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Weiterhin besteht eine fluidführende Verbindung zwischen dem Behälter 15 mit Flüssigkeit und dem Vorratsbehälter 3. In dieser Verbindung befindet sich in Reihenfolge vom Behälter 15 aus gesehen, ein zweites Rückschlagventil 14 in Durchlassrichtung und eine zweite Strahlpumpe 13 als druckgasbetriebene Injektorpumpe 13. Der Öffnungsdruck des zweiten Rückschlagventils 14 ist größer, als die Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter 3 des Aerosolgenerators 1 und der Umgebung der Einrichtung zur Aerosolgenerierung und kleiner, als der durch die zweite Injektorpumpe 13 erreichbare Unterdruck. Sind diese Bedingungen erfüllt, erfolgt keine Strömung in oder aus dem Behälter 15 bei dessen Öffnen, auch wenn die Zufuhr von Druckgas für die zweite Injektorpumpe 13 abgesperrt ist. Damit ist das Nachfüllen von Flüssigkeit in den Vorratsbehälter 3 des Aerosolgenerators 1 aus dem Behälter 15 einfach händisch möglich. Dieser kann so auch während des laufenden Betriebes aufgefüllt werden. Dazu ist die zweite druckgasbetriebene Injektorpumpe 13 mit einer dritten Einrichtung 16 zur Druckgasversorgung verbunden.
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Eine Betätigungseinrichtung einer Vorrichtung zum Betrieb des Aerosolgenerators 1, eine Betätigungseinrichtung einer Vorrichtung zum Betrieb der ersten Strahlpumpe 10 und eine Betätigungseinrichtung einer Vorrichtung zum Betrieb der zweiten Strahlpumpe 13 können mit einer Steuereinrichtung verbunden sein. Weiterhin kann oder können der Vorratsbehälter 3, der Auffangbehälter 7 und/oder der Behälter 15 einen Füllstandssensor 17 oder Füllstandssensoren 17 aufweisen, der oder die mit einer oder der Steuereinrichtung verbunden ist oder sind. Die 1 zeigt beispielhaft einen Füllstandssensor 17 im Vorratsbehälter 3.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aerosolgenerator
- 2
- erste Einrichtung zur Druckgasversorgung
- 3
- Vorratsbehälter
- 4
- Zweistoffdüse
- 5
- aerosolführende Verbindung
- 6
- Vorrichtung zur Konditionierung
- 7
- Auffangbehälter
- 8
- Abscheider, Zyklonabscheider oder koaleszierender Faserabscheider
- 9
- Auslass
- 10
- erste Strahlpumpe, erste Injektorpumpe
- 11
- zweite Einrichtung zur Druckgasversorgung
- 12
- erstes Rückschlagventil
- 13
- zweite Strahlpumpe, zweite Injektorpumpe
- 14
- zweites Rückschlagventil
- 15
- Behälter
- 16
- dritte Einrichtung zur Druckgasversorgung
- 17
- Füllstandssensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017219370 B3 [0002]
